模塊化設計簡介信息

（Block-based design）　模塊化設計是對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同的顧客定制的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。

所謂的模塊化設計，簡單地說就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構成一個具有特定功能的子 系統(tǒng)，將這個子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進行多種組合，構成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。模塊化設計是綠色設計方法之一，它已經(jīng)從理念轉變?yōu)檩^成熟的設計方法。將綠色設計思想與模塊化設計方法結合起來，可以同時滿足產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性，一方面可以縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質量，快速應對市場變化；另一方面，可以減少或消除對環(huán)境的不利影響，方便重用、升級、維修和產(chǎn)品廢棄后的拆卸、回收和處理。

模塊化產(chǎn)品是實現(xiàn)以大批量的效益進行單件生產(chǎn)目標的一種有效方法。產(chǎn)品模塊化也是支持用戶自行設計產(chǎn)品的一種有效方法。產(chǎn)品模塊是具有獨立功能和輸入、輸出的標準部件。這里的部件，一般包括分部件、組合件和零件等。模塊化產(chǎn)品設計方法的原理是，在對一定范圍內的不同功能或相同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同的顧客定制的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。這是相似性原理在產(chǎn)品功能和結構上的應用，是一種實現(xiàn)標準化與多樣化的有機結合及多品種、小批量與效率的有效統(tǒng)一的標準化方法。

系列產(chǎn)品中的模塊是一種通用件，模塊化與系列化已成為現(xiàn)今裝備產(chǎn)品發(fā)展的一個趨勢。

模塊是模塊化設計和制造的功能單元，具有三大特征：

1.相對獨立性，可以對模塊單獨進行設計、制造、調試、修改和存儲，這便于由不同的專業(yè)化企業(yè)分別進行生產(chǎn)；

2.互換性，模塊接口部位的結構、尺寸和參數(shù)標準化，容易實現(xiàn)模塊間的互換，從而使模塊滿足更大數(shù)量的不同產(chǎn)品的需要；

3.通用性，有利于實現(xiàn)橫系列、縱系列產(chǎn)品間的模塊的通用，實現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間的模塊的通用。

（一）模塊化與系列化、組合化、通用化、標準化的關系　　

模塊化設計技術是由產(chǎn)品系列化、組合化、通用化和標準化的需求而孕育的。系列化的目的在于用有限品種和規(guī)格的產(chǎn)品來最大限度、且較經(jīng)濟合理地滿足需求方對產(chǎn)品的要求。組合化是采用一些通用系列部件與較少數(shù)量的專用部件、零件組合而成的專用產(chǎn)品。通用化是借用原有產(chǎn)品的成熟零部件，不但能縮短設計周期，降低成本，而且還增加了產(chǎn)品的質量可靠性。標準化零部件實際上是跨品種、跨廠家甚至跨行業(yè)的更大范圍零部件通用化。由于這種高度的通用化，使得這種零部件可以由工廠的單獨部門或專門的工廠去單獨進行專業(yè)化制造。

（二）產(chǎn)品模塊化、系列化設計分類與庫管理　　

產(chǎn)品模塊要求通用程度高，相對于產(chǎn)品的非模塊部分生產(chǎn)批量大，對降低成本和減少各種投入較為有利。但在另一方面又要求模塊適應產(chǎn)品的不同功能、性能、形態(tài)等多變的因素，因此對模塊的柔性化要求就大大提高了。對于生產(chǎn)來說，盡可能減少模塊的種類，達到一物多用的目的。對于產(chǎn)品的使用來說，往往又希望擴大模塊的種類，以更多地增加品種。針對這一矛盾，設計時必須從產(chǎn)品系統(tǒng)的整體出發(fā)，對產(chǎn)品功能、性能、成本諸方面的問題進行全面綜合分析，合理確定模塊的劃分。產(chǎn)品模塊化設計按照自頂向下研究分類，包括系統(tǒng)級模塊、產(chǎn)品級模塊、部件級模塊、零件級模塊；再按照功能及加工和組合要求研究分類，包括基本模塊、通用模塊、專用模塊；然后按照接口組合要求研究分類，包括內部接口模塊、外部接口模塊。以產(chǎn)品級模塊化為例，就是在需求調查的基礎上，對裝備產(chǎn)品的構成進行分析，考察其中的功能互換性與幾何互換性的關系，并劃分基本模塊、通用模塊或專用模塊，以模塊為基礎進行內部接口、外部接口設計，通過加、減、換、改相應模塊以構成新的產(chǎn)品，并滿足裝備產(chǎn)品的功能指標的要求。

模塊化產(chǎn)品設計的目的是以少變應多變，以盡可能少的投入生產(chǎn)盡可能多的產(chǎn)品，以最為經(jīng)濟的方法滿足各種要求。由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產(chǎn)品的特點，同時模塊又具有標準的幾何連接接口和一致的輸入輸出接口，如果模塊的劃分和接口定義符合企業(yè)批量化生產(chǎn)中采購、物流、生產(chǎn)和服務的實際情況，這就意味著按照模塊化模式配置出來的產(chǎn)品是符合批量化生產(chǎn)的實際情況的，從而使定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾得到解決。

雖然模塊化的進程中充滿荊棘，但它給企業(yè)帶來飛一樣的創(chuàng)新速度注定了模塊化是以后的發(fā)展趨勢。模塊化不僅加快了變革的速度，增大了競爭的壓力，它還改變了企業(yè)間的關系。在殘酷的創(chuàng)新競爭中，如何在本行業(yè)中奪取更多的市場份額就顯得極為重要。一個企業(yè)作為某個需要不斷創(chuàng)新的行業(yè)中由百個企業(yè)組成的模塊制造商群體的一員，與作為由少數(shù)幾個企業(yè)占據(jù)壟斷優(yōu)勢的穩(wěn)定發(fā)展的行業(yè)中的成員有著很大的區(qū)別，沒有任何一種發(fā)展戰(zhàn)略是永遠奏效的。模塊化市場的雙重結構要求企業(yè)經(jīng)理在兩種主要的發(fā)展戰(zhàn)略中做出慎重選擇：企業(yè)作為總設計師為多個模塊構成的產(chǎn)品確立設計和生產(chǎn)原則；企業(yè)也可以作為模塊制造商為用戶提供高性價比的模塊產(chǎn)品，以性能和價格在市場上擊倒同類廠商。在制造行業(yè)中模塊化的應用已非常普遍，如汽車工業(yè)和飛機制造等?，F(xiàn)在，一些公司正在把模塊化這個理論擴展到產(chǎn)品生產(chǎn)和服務的設計上來，有些看似和模塊化根本不著邊際的行業(yè)也在嘗試著移植模塊化理論，提高自身的創(chuàng)新速度。

由于模塊化推進了創(chuàng)新的速度，使得企業(yè)領導者對競爭者的舉動做出的反應時間大大縮短。作為一條規(guī)則，管理者不得不更加適應產(chǎn)品設計上的各種發(fā)展，僅僅了解直接競爭廠商的競爭戰(zhàn)略是遠遠不夠的，這個產(chǎn)品的其他模塊的創(chuàng)新及行業(yè)內部易變的聯(lián)盟都有可能招致激烈的競爭。模塊是產(chǎn)品知識的載體，模塊的重用就是設計知識的重用，大量利用已有的經(jīng)過試驗、生產(chǎn)和市場驗證的模塊，可以降低設計風險，提高產(chǎn)品的可靠性和設計質量。模塊功能的獨立性和接口的一致性，使模塊研究更加專業(yè)化和深入，可以不斷通過升級自身性能來提高產(chǎn)品的整體性能和可靠性，而不會影響到產(chǎn)品其他模塊。模塊功能的獨立性和接口的一致性，使各個模塊可以相對獨立地設計和發(fā)展，可以進行并行設計、開發(fā)和并行試驗、驗證。模塊的不同組合能滿足用戶的多樣性需求，易于產(chǎn)品的配置和變型設計，同時又能保證這種配置變型可以滿足企業(yè)批量化生產(chǎn)的需求。

設計和零部件的重用可以大大縮短設計周期；并行的產(chǎn)品開發(fā)和測試可以大大縮短設計周期；利用已有成熟模塊可大大縮短采購周期、物流周期和生產(chǎn)制造周期，從而加快產(chǎn)品上市時間；如果劃分模塊時考慮到企業(yè)售后服務的特定需求，同樣可以縮短服務周期和耗費資源時間。模塊和知識的重用可以大大降低設計成本；采用成熟的經(jīng)過驗證的模塊，可以提高采購批量，降低采購和物流成本；采用成熟的經(jīng)過生產(chǎn)驗證的模塊，可以大大減少由于新產(chǎn)品的投產(chǎn)對生產(chǎn)系統(tǒng)調整的頻率，使新產(chǎn)品更容易生產(chǎn)制造，可以降低生產(chǎn)制造成本；產(chǎn)品平臺中及平臺之間存在大量的互換模塊，可以降低售后服務成本。

模塊化有利于企業(yè)研發(fā)團隊分工，規(guī)范不同團隊間的信息接口，進行更為深入的專業(yè)化研究和不同模塊系統(tǒng)的并行開發(fā)；抽象平臺和模塊的建立，可以實現(xiàn)企業(yè)組織結構與產(chǎn)品模塊結構之間的交互，使并行工程擁有實施的根基，工藝、財務、采購和售后服務可以在產(chǎn)品研發(fā)早期就介入產(chǎn)品研發(fā)項目；標準規(guī)范的模塊接口有利于形成產(chǎn)品的供應商規(guī)范，有利于產(chǎn)業(yè)分工的細化。

模塊化是在傳統(tǒng)設計基礎上發(fā)展起來的一種新的設計思想，現(xiàn)已成為一種新技術被廣泛應用，尤其是信息時代電子產(chǎn)品不斷推陳出新，模塊化設計的產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。如何使產(chǎn)品的模塊化設計全方位地滿足市場的多樣化需求，應當引起企業(yè)經(jīng)營者、新產(chǎn)品開發(fā)人員及其標準化研究者的高度重視。模塊化設計已被廣泛應用于機床、電子產(chǎn)品、航天、航空等設計領域，但至今模塊化術語尚未給出公認的權威性定義。企業(yè)一方面必須利用產(chǎn)品的批量化、標準化和通用化來縮短上市周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質量，另一方面還要不斷地進行產(chǎn)品創(chuàng)新使產(chǎn)品越來越個性化，滿足客戶的定制需求。這樣，如何平衡產(chǎn)品的標準化、通用化與定制化、柔性化之間的矛盾，成為贏得競爭的關鍵能力。平臺化、模塊化的產(chǎn)品設計和生產(chǎn)可以在保持產(chǎn)品較高通用性的同時提供產(chǎn)品的多樣化配置，因此平臺化、模塊化的產(chǎn)品是解決定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾的一條出路。正式提出

為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品施以單獨設計，而是精心設計出多種模塊，將其經(jīng)過不同方式的組合來構成不同產(chǎn)品，以解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設計制造周期、成本之間的矛盾，這就是模塊化設計的含義。模塊化設計與產(chǎn)品標準化設計、系列化設計密切相關，即所謂的“三化”?！叭被ハ嘤绊?、互相制約，通常合在一起作為評定產(chǎn)品質量優(yōu)劣的重要指標，是現(xiàn)代化原理開始用于機床設計，到本世紀50年代，歐美一些國家正式提出“模塊化設計”概念，把模塊化設計提到理論高度來研究。目前，模塊化設計的思想已滲透到許多領域，例如機床、減速器、家電、計算機等等。在每個領域，模塊及模塊化設計都有其特定的含義。

模塊：一組具有同一功能和接合要素（指聯(lián)接部位的形狀、尺寸、聯(lián)接件間的配合或嚙合等），但性能、規(guī)格或結構不同卻能互換的單元。

床卡具、聯(lián)軸器可稱為模塊，有些零部件如插頭、插座，廣而言之也可稱為模塊，但不如稱為標準件為好。在模塊化設計中，也用到大量的標準件，但模塊多指標準件之外、仍需被設計而又可以用于不同的組合、從而形成具有不同功能的設備的單元、

模塊化設計：在對產(chǎn)品進行市場預測、功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列通用的功能模塊；根據(jù)用戶的要求，對這些模塊進行選擇和組合，就可以構成不同功能、或功能相同但性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品。這種設計方法稱為模塊化設計。

1）橫系列模塊化設計。不改變產(chǎn)品主參數(shù)，利用模塊發(fā)展變形產(chǎn)品。這種方式易實現(xiàn)，應用最廣。常是在基型品種上更換或添加模塊，形成新的變形品種。例如，更換端面銑床的銑頭，可以加裝立銑頭、臥銑頭、轉塔銑頭等，形成立式銑床、臥式銑床或轉塔銑床等。

2）縱系列模塊化設計。在同一類型中對不同規(guī)格的基型產(chǎn)品進行設計。主參數(shù)不同，動力參數(shù)也往往不同，導致結構形式和尺寸不同，因此較橫系列模塊化設計復雜。若把與動力參數(shù)有關的零部件設計成相同的通用模塊，勢必造成強度或剛度的欠缺或冗余，欠缺影響功能發(fā)揮，冗余則造成結構龐大、材料浪費。因而，在與動力參數(shù)有關的模塊設計時，往往合理劃分區(qū)段，只在同一區(qū)段內模塊通用；而對于與動力或尺寸無關的模塊，則可在更大范圍內通用。

3）橫系列和跨系列模塊化設計。除發(fā)展橫系列產(chǎn)品之外，改變某些模塊還能得到其它系列產(chǎn)品者，便屬于橫系列和跨系列模塊化設計了。德國沙曼機床廠生產(chǎn)的模塊化鏜銑床，除可發(fā)展橫系列的數(shù)控及各型鏜銑加工中心外，更換立柱、滑座及工作臺，即可將鏜銑床變?yōu)榭缦盗械穆涞冂M床。

4）全系列模塊化設計。全系列包括縱系列和橫系列。例如，德國某廠生產(chǎn)的工具銑，除可改變?yōu)榱婎^、臥銑頭、轉塔銑頭等形成橫系列產(chǎn)品外，還可改變床身、橫梁的高度和長度，得到三種縱系列的產(chǎn)品。

5）全系列和跨系列模塊化設計。主要是在全系列基礎上用于結構比較類似的跨產(chǎn)品的模塊化設計上。例如，全系列的龍門銑床結構與龍門刨、龍門刨床和龍門導軌磨床相似，可以發(fā)展跨系列模塊化設計。

模塊化設計這一新的設計概念和設計方法迅速在各個領域得到廣泛應用，它的競爭優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面解決品種、規(guī)格的多樣化與生產(chǎn)的專業(yè)化的矛盾；另一方面也為先進的制造技術、提高設備的利用率創(chuàng)造必要的條件，實現(xiàn)以不同批量提供顧客滿意度的產(chǎn)品，進而使企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化和效益統(tǒng)一。

模塊化的宗旨是效益。它的意圖和最終目的就是為了滿足人們對多樣化的需求和適應激烈的市場競爭，在多品種、小批量的生產(chǎn)方式下，實現(xiàn)最佳的效益和質量。模塊化的對象是產(chǎn)品或系統(tǒng)的構成，模塊化不是研究和解決某一個孤立的產(chǎn)品或系統(tǒng)的設計或構成的問題，而是解決某類產(chǎn)品或系統(tǒng)的最佳構成形式問題，即系統(tǒng)由標準化的模塊組合而成。由于模塊化的對象是系統(tǒng)，因而運用系統(tǒng)工程的原理和方法，是開展模塊化的基本原則。模塊化的主要方法是系統(tǒng)的分解和組合，模塊化的產(chǎn)品或系統(tǒng)是由標準的模塊組成的。模塊如何產(chǎn)生，能否有效地組合成產(chǎn)品或系統(tǒng)，產(chǎn)品或系統(tǒng)的分解和組合的技巧和運用水平，是模塊化的核心問題。模塊化的目標是建立模塊系統(tǒng)和對象系統(tǒng)。模塊化活動的目標或產(chǎn)物有兩個，即形成模塊系統(tǒng)和模塊化的產(chǎn)品系統(tǒng)。建立模塊系統(tǒng)是實施模塊化設計的前提，形成模塊化產(chǎn)品或系統(tǒng)則是模塊化的最終歸宿。 ? ?

產(chǎn)品模塊化設計就是將產(chǎn)品分成幾個部分，也就是幾個模塊，每一部分都是具有獨立功能

所謂的模塊化設計，簡單地說就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構成一個具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進行多種組合，構成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品。

模塊化產(chǎn)品是實現(xiàn)以大批量的效益進行單件生產(chǎn)目標的一種有效方法。產(chǎn)品模塊化也是支持用戶自行設計產(chǎn)品的一種有效方法。產(chǎn)品模塊是具有獨立功能和輸入、輸出的標準部件。這里的部件，一般包括分部件、組合件和零件等。